Onderzoekers van het MESA+ Instituut voor Nanotechnologie van de Universiteit Twente zijn erin geslaagd ultradunne films te maken met een bijzondere combinatie van eigenschappen: ze geleiden géén stroom, maar zijn wel magnetisch, en dat bij kamertemperatuur. Dit is zeer interessant voor toepassingen waarin snel magnetisch geschakeld moet kunnen worden, in nieuwe typen geheugens. De onderzoekers werkten samen met collega’s van Stanford University en Oak Ridge National Laboratory, en publiceren hun bevindingen in Physical Review Letters.
Het gaat om zogenaamde LSMO-films: lanthaan-strontium-manganiet. Als zo’n film groeit op een ondergrond van strontiumtitanaat, blijkt de kristalstructuur te gaan veranderen tijdens het groeiproces. Bij een dikte van ongeveer 4 nanometer (een nanometer is een miljoenste millimeter) of kleiner, blijkt abrupt de elektrische geleidbaarheid van een LSMO laag te verdwijnen. Tegelijk schiet de Curietemperatuur omhoog: het materiaal is nog magnetisch, ruim boven kamertemperatuur. Het is de kunst, de laag heel precies te laten groeien zodat de gewenste verandering in het kristal ontstaat. Tot nu toe werden deze magnetische eigenschappen, in andere materialen, alleen bij veel lagere temperaturen aangetoond.
Spin polarisatie
De isolerende, magnetische laag is daarmee geschikt voor ‘spin polarized tunneling’. Elektronen hebben behalve hun lading ook een ‘spin’: ze tollen linksom of rechtsom om hun as en dragen op die manier ook magnetische informatie. De dunne LSMO-laag die nu magnetisch is, heeft een voorkeur voor een bepaalde richting van de spin: die elektronen kunnen makkelijker door het laagje heen ‘tunnelen’ dan elektronen met tegenovergestelde spin. Zo is het mogelijk om op een nieuwe manier te schakelen met informatiedragers, een eigenschap die in de toekomstige spintronica van groot belang zal zijn.
Het onderzoek is uitgevoerd in de groep Inorganic Materials Science (IMS) van prof. Dave Blank en prof. Guus Rijnders. Deze groep maakt deel uit van het MESA+ Instituut voor Nanotechnologie van de Universiteit Twente.
De kristalstructuur verandert met de dikte, blijkt ook uit rontgendiffractiemetingen: bovenaan is de LSMO-laag 8 nm, midden 4 nm en onder 3.6 nm. Met de verandering van de structuur veranderen ook de eigenschappen. De dunste lagen zijn isolerend en magnetisch.
Het artikel ‘High-temperature magnetic insulating phase in ultra thin La0:67Sr0:33MnO3 (110) films’ door Hans Boschker, Jaap Kautz, Evert P. Houwman, Wolter Siemons (ORNL), Dave Blank, Mark Huijben, Gertjan Koster, Arturas Vailionis (Stanford), en Guus Rijnders is op 12 oktober online verschenen op de site van Physical Review Letters. Het artikel kan als pdf worden toegestuurd.
